Hydraulische Hubvorrichtung für batteriegetriebene Flurförderzeuge oder dergleichen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Hubvorrichtung für batteriegetriebene Flurförderzeuge oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Für elektrisch betriebene Flurförderzeuge ist bekannt, hydraulische Hubvorrichtungen einzusetzen und den Förderdruck von einer über einen Elektromotor angetriebenen Konstantpumpe zu erzeugen. Die Drehzahl des Motors wird in Abhängigkeit von einem Ventilhebel gesteuert. Dadurch wird beim Heben der Last eine Änderung der Hubgeschwindigkeit ohne wesentliche Drosselverluste erreicht. Es ist in diesem Zusammenhang auch bekannt, die Senkgeschwindigkeit entsprechend über einen Ventilhebel einzustellen und über ein Wegeventil im Senkzweig zu realisieren. Dabei wird die potentielle Energie der Last einer Drosselstelle des Wegeventils in Wärme umgesetzt und mit dem Fluid in den Tank abgeführt. Es ist jedoch auch bekannt, die potentielle Energie der Last über den generatorisch arbeitenden Elektromotor in die Batterie zurückzuspeisen.

[0003] Aus der DE-A-20 14 605 ist bekanntgeworden, als Gleichstrommaschine einen Gleichstromnebenschlußmotor zu verwenden und als Pumpe eine Drehkolbenpumpe mit regelbarer Fördermenge. Durch Verstellung der Regelmittel der Pumpe wird die Fördermenge entsprechend der Auslenkung aus einer Mittelstellung heraus von Null unabhängig von der Bewegungsrichtung der Regelmittel auf einen Höchstwert gebracht, wobei die Pumpe unter Beibehaltung ihrer Drehrichtung in der einen Bewegungsrichtung der Regelmittel als Pumpe und in der anderen Bewegungsrichtung als Motor arbeitet.

[0004] Aus der DE-A-26 18 046 ist bekanntgeworden, für das Heben und das Senken getrennte Hydraulikzweige vorzusehen, denen jeweils ein Gleichstrommotor und eine Pumpe sowie ein Hydromotor und ein Generator zugeordnet sind. Beim Senken erzeugt ein Konstantstromventil eine feste Absenkgeschwindigkeit. Die Umschaltung zwischen Heben und Senken erfolgt durch ein Handsteuerventil.

[0005] Aus der DE-A-30 18 156 ist bekanntgeworden, zum Heben und Senken regelbare Magnetventile vorzusehen zur Realisierung von Anfahr- und Bremsrampen. Zur Regelung des Motors bzw. Generators erfolgt eine Volumenstrommessung. Als Antriebsmaschine wird ein Käfig-Induktionsmotor verwendet. Aus SE-A-84 05 088 ist bekanntgeworden, als Antriebsmaschine bzw. Generator eine Doppelschlußmaschine zu verwenden, wobei ein Teil der Reihenschlußwicklung herausgenommen wird, wenn sie als Generator im Senkbetrieb der Hubvorrichtung arbeitet. Die Steuerung des Hubzylinders erfolgt über ein hebelbetätigtes Ventil in der Druckmittelleitung.

[0006] Aus der US-A-3 947 744 ist bekannt, zur Energierückgewinnung beim Senken eines Hubwerks eine separate Drehstrommaschine zu verwenden. Durch eine Steuerung des Feldes des Generators läßt sich die Bremskraft beim Absenken einstellen.

[0007] Schließlich ist aus der EP-A-230 884 bekanntgeworden, eine Reihenschlußmaschine mit einem Hydraulikaggregat zu koppeln. Im Druckmittelpfad ist eine Steuerventilanordnung vorgesehen, die ein Proportionalventil aufweist, wobei die Hubwerksteuerung im Lastsenkbetrieb das Proportionalventil entsprechend einer Rampenfunktion öffnet und abhängig vom Ausgangsstrom der als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine die Nutzbremsschaltung wirksam schaltet, wenn der Generatorausgangsstrom hierbei einen vorbestimmten Wert übersteigt. Über einen eingeschränkten Bereich arbeitet mithin die beschriebene Vorrichtung ebenfalls über eine hydraulische Drosselstelle, so daß die potentielle Energie der Last nicht rückgewonnen werden kann. Ferner entstehen bei dem Wechsel von der hydraulischen Steuerung der Senkgeschwindigkeit über die Drosselstelle auf eine elektrische über den Elektromotor mit der Pumpe Übergänge, die sich in einer ruckartigen Anderung der Senkgeschwindigkeit bemerkbar machen.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Hubvorrichtung für batteriegetriebene Flurförderzeuge zu schaffen, die auch ein feinfühliges Senken ermöglicht ohne wesentliche Hydraulikverluste sowie eine optimale Energierückgewinnung im Senkbetrieb.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 6.

[0010] Bei der Erfindung ist lediglich ein Lasthalteventil im Druckmittelweg vorgesehen, das entweder geöffnet oder geschlossen ist und in der geöffneten Stellung keine Drosselverluste erzeugt.

[0011] Erfindungswesentlich ist ferner, daß eine fremderregte Gleichstrommaschine vorgesehen ist, die sowohl im motorischen als auch im generatorischen Betrieb ermöglicht, die Erreger- und die Ankerspannung unabhängig voneinander einzustellen. Zu diesem Zweck sieht die erfindungsgemäße Hubvorrichtung eine separate Feldstromregeleinrichtung vor, mit einem Sollwertgeber, der aus vorgegebenen Beziehungen von Drehzahl und Ankerstrom den Sollwert für den Feldstrom ermittelt. Aus "Microprocessor-Based High-Efficiency Drive of a DC Motor" aus IEEE Transactions on Industrial Electronics Vol. IE 34 No. 4 November 1987, Seiten 433 bis 440, ist bekanntgeworden, Anker und Feld dadurch zu steuern bzw. regeln, daß der Sollwert für den Feldstrom aus vorgegebenen Beziehungen von Drehzahl und Ankerstrom, hier des Ankerstrom-Istwerts, ermittelt wird. Hierzu ist ein entsprechender Algorhithmus bzw. eine entsprechende Tabelle vorzusehen.

[0012] Mit der beschriebenen Schaltung ist es möglich, die Gleichstrommaschine über den gesamten Arbeitsbereich, den die hydraulische Anlage beim Heben und Senken der Last erfordert, zu betreiben. Zusätzliche hydraulische Bauelemente sind nicht erforderlich. In der Senkphase wird ein Maximum rückgewinnbarer potentieller Energie erhalten. Außerdem entsteht während des Senkvorgangs kein Übergang von hydraulischer zu elektrischer Lasthaltung mehr, was die Senkfunktion für den Betreiber leichter beherrschbar macht.

[0013] Die Steuerung bzw. die Sollwertvorgabe für die Hubvorrichtung erfolgt durch ein elektrisches Signal, beispielsweise über ein handbetätigtes Potentiometer, wobei zusätzlich ein Richtungsgeber vorzusehen ist, dessen Signale den Betriebsvorgang Heben bzw. Senken anzeigen und die auch das Lasthalteventil steuern. In dem Augenblick, in dem das Lasthalteventil bei angehobener Last geöffnet wird, beginnt ein Hydraulikstrom zu fließen und treibt über das Hydraulikaggregat die als Generator wirkende Gleichstrommaschine an. Da jedoch der Sollwert noch Null ist, versucht die Regelung diesen Wert zu erreichen, wodurch der zugehörige Leistungsschalter für den Anker komplett durchgeschaltet wird. Die Leistungsschalter für die Feldwicklung werden so betrieben, daß der Strom maximal ist. Dadurch wird ein maximales Bremsmoment erzeugt, das ausreichend ist, die Last mit minimaler Geschwindigkeit abzusenken, falls dies gewünscht wird. Durch entsprechende Sollwertvorgabe für die Drehzahl läßt sich andererseits die Hebe- und Senkgeschwindigkeit auf den gewünschten Wert einstellen.

[0014] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Feldstrom-Sollwertgeber den Sollwert für den Feldstrom aus dem Ankerstromsollwert und der Istdrehzahl ermittelt. Dies hat den Vorteil, daß die Drehzahlregeleinrichtung auch in dem Betriebsbereich arbeiten kann, in dem eine höhere Ankerspannung als die Batteriespannung notwendig ist, um mit optimalem Wirkungsgrad generatorisch zu senken.

[0015] Anstelle einer fremderregten Gleichstrommaschine kann auch eine Drehstromasynchronmaschine verwendet werden, die über Umrichter entsprechend gespeist ist. Eine Drehzahlregeleinrichtung ermittelt mit Hilfe eines Drehzahlmessers die Istläuferfrequenz der Maschine und bildet eine Regelabweichung mit einem Drehzahlsollwert bzw. Frequenzsollwert, um sowohl für das Heben als auch das Senken die gewünschte Drehzahl zu erreichen. Je nachdem, ob die Differenz aus Ist- und Sollfrequenz einen positiven oder einen negativen Schlupf anzeigt, arbeitet die Asynchronmaschine als Motor oder Generator. Die Rückspeisung von elektrischer Energie in die Batterie erfolgt automatisch, ohne daß besondere Vorkehrungen zu treffen sind.

[0016] Bei einem Hubmast für Förderzeuge mit mindestens einem ausfahrbaren Mastteil, an dem das Lastaufnahmemittel höhenbeweglich angeordnet ist, unterscheidet man zwischen dem Masthub und dem sogenannten Freihub. Unter Freihub wird die Verstellung des Lastaufnahmemittels am beweglichen Mastteil verstanden und unter Masthub die Verstellung des beweglichen Mastteils. Es versteht sich, daß die Hubzylinder für die genannten Teile unterschiedliche Querschnitte aufweisen können und mithin auch unterschiedliche Volumina verdrängen. Falls daher für diesen Fall keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, kommt es im Senkbetrieb zu unterschiedlichen Senkgeschwindigkeiten. Daher sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß ein Sensor am Hubmast vorgesehen ist, der feststellt, ob ein Senkvorgang des verfahrbaren Mastteils oder des Lastaufnahmemittels erfolgt und dessen Signale auf den Drehzahlsollwertgeber gegeben werden zur Modifizierung des Drehzahlsollwerts.

[0017] Vom Hydraulikkreis der Hubvorrichtung werden bei bekannten Förderzeugen auch Nebenfunktionen wahrgenommen. Bei der erfindungsgemaßen Vorrichtung ist indessen ein separates aus Pumpe und Gleichstrommotor bestehendes Aggregat vorgesehen zur Versorgung der Nebenfunktionen. Andernfalls könnte keine Energierückgewinnung beim Senkvorgang stattfinden, wenn das hydraulische Aggregat gleichzeitig als Pumpe zur Versorgung der Nebenfunktionen dienen müßte. Der Zusatzaufwand für das zusätzliche Pumpenaggregat ist jedoch im Hinblick auf die optimale Energierückgewinnung während des Senkbetriebes gerechtfertigt.

[0018] In manchen Fällen erfordern die Nebenfunktionen einen relativ großen Volumenstrom bzw. einen hohen Druck. Da dies sehr selten auftritt, würde eine entsprechende Auslegung des zusätzlichen Pumpenaggregats für die meisten Anwendungsfälle nutzlos sein. Es kann daher daran gedacht werden, für diesen Fall das Hydraulikaggregat als Pumpe einzusetzen und bei Abruf dieser Nebenfunktion vorübergehend auf die Rückgewinnung beim Senkvorgang zu verzichten.

[0019] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1

zeigt eine hydraulische Hubvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2

zeigt ein Blockschaltbild zur Regelung der Hubvorrichtung nach Fig. 1.

Fig. 3

zeigt ein Blockschaltbild des Leistungsteils der Gleichstrommaschine nach Fig. 1 bzw. Fig. 2.

Fig. 4 bis 6

zeigen Diagramme von verschiedenen Steuersignalen der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung.

Fig. 7

zeigt eine Handbetätigung für die Hubvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 8

zeigt ein Blockschaltbild zur Regelung einer Hubvorrichtung ähnlich der nach Fig. 1 mit einer Drehstromasynchronmaschine.

Fig. 9

zeigt ein Blockschaltbild des Leistungsteils der Asynchronmaschine nach Fig. 8.

[0020] Eine Gleichstrommaschine 10 treibt ein Hydraulikaggregat 12, das wahlweise als Motor bzw. Pumpe arbeitet. Im Pumpenbetrieb fördert die Pumpe 12 über ein Lasthalteventil 14 und einen Ventilblock 16 auf einen Hubzylinder 18. Der Hubzylinder 18 kann ein einziger Zylinder sein oder eine Mehrzahl von Hubzylindern repräsentieren, mit denen die beweglichen Mastschüsse und/oder das Lastaufnahmemittel angehoben und abgesenkt werden können (letzteres ist nicht dargestellt). Das Lasthalteventil 14 weist ein Rückschlagventil 20 auf. Ein Bypass zu dem Hydraulikaggregat 12 und einem Filter 22 enthält ein Rückschlagventil 24. Hydraulisches Medium befindet sich im Tank 26. Über ein Überdruckventil 28 ist ein weiterer Bypass zum Tank 26 gebildet, der ein weiteres Filter 30 enthält. Er ist außerdem mit einem Ventilblock 32 verbunden, der von einer Hydraulikpumpe 34 gespeist ist, die ihrerseits von einem Gleichstrommotor 36 angetrieben ist. Über den Ventilblock 32 wird eine Reihe von Nebenfunktionen 38 versorgt. Das Leistungsvermögen des Aggregats 34, 36 ist relativ klein im Verhältnis zu dem des Hydraulikaggregats 12 bzw. Gleichstrommaschine 10. Ein Überdruckventil 38 ist mit dem beschriebenen Bypass verbunden.

[0021] Der Ventilblock 16 ist so ausgebildet, daß er wahlweise das Lasthalteventil 14 mit dem Hubzylinder 18 oder mit einem Nebenverbraucher 40 verbindet.

[0022] Im Hebenbetrieb des Hubzylinders 18 treibt der fremderregte Gleichstrommotor 10 die Pumpe 12 an und fördert Fluid aus dem Tank 26 über das Filter 22 und das Kugelventil 20 und den Ventilblock 16 in den Hubzylinder 18. Nach Beendigung des Hubvorgangs stützt sich die Last auf dem Kugelventil 20 des Lasthalteventils 14 ab, so daß ein Durchsacken der Last verhindert wird.

[0023] Der über ein Schütz an Batteriespannung geschaltete Reihenschlußmotor 36 treibt die Pumpe 34 an, die das Fluid aus dem Tank 26 über den handgesteuerten Ventilblock 32 zu den Nebenfunktionen 38 fördert. Der Rückfluß erfolgt über den Filter 30 in den Tank 26. Die Funktion Heben und die Nebenfunktionen beeinflussen sich gegenseitig nicht.

[0024] Im Senkbetrieb wird das Lasthalteventil 14 elektrisch geschaltet und leitet den im Hubzylinder gespeicherten Lastdruck auf das Hydraulikaggregat 12, das als Motor in zur Hubfunktion entgegengesetzter Drehrichtung betrieben wird. Die fremderregte Gleichstrommaschine 10 arbeitet im Generatorbetrieb, wobei die Drehzahl direkt proportional zur Senkgeschwindigkeit ist, die Leckverluste im Hydraulikaggregat 12 einmal vernachlässigt. Im Senkzweig liegen außer dem Lasthalteventil 14, dem Umschaltventil 16 und den zu- und abführenden Schläuchen keine weiteren hydraulischen Bauelemente, die zu zusätzlichen Druckverlusten und damit zur Herabsetzung des Wirkungsgrades führen können. Weist das Hubgerüst einen Freihubzylinder und zwei Masthubzylinder auf, wird das Ölvolumen des Masthubzylinders beim Senkvorgang zuerst entleert. Dem Hubzylinder bzw. dem Mast ist ein Sensor 42 zugeordnet, durch den angezeigt ist, wenn beim Senkvorgang vom Masthub in den Freihub umgeschaltet wird.

[0025] Im Nebenbetrieb kann zum Beispiel ein Anbaugerät über 40 mit dem Druckmittelstrom der Pumpe 12 parallel zum Hubzylinder 18 versorgt werden. Die Aufteilung des Volumenstroms erfolgt über Ventil 16, das als Load-Sensing-Ventil ausgeführt werden kann.

[0026] Wird während des Senkbetriebs die Zusatzfunktion 40 angefordert, muß die Senkfunktion unterbrochen werden. Das Ventil 16 sperrt den Volumenstrom vom Hubzylinder 18. Die fremderregte Gleichstrommaschine 10, die während der Senkfunktion als Generator betrieben wurde, reversiert und treibt nun das Hydraulikaggregat 12 an, etwa mit konstanter Drehzahl. Das Hydraulikaggregat 12 liefert den für die Versorgung der Zusatzfunktion 40 notwendigen Volumenstrom.

[0027] Die Drehzahlregelung der fremderregten Gleichstrommaschine 10 der Vorrichtung nach Fig. 1 wird anhand der Figuren 2 bis 7 näher erläutert.

[0028] Fig. 7 zeigt einen Handhebel 44, der nach links und rechts verschwenkbar ist, wobei das Ausmaß der Verschwenkung mit -X bzw. +X angegeben ist. Er betätigt ein bei 46 angedeutetes Potentiometer, das in Abhängigkeit von der Auslenkung ein Signal P erzeugt. Das Signal P ist in Fig. 4 angegeben. Die auslenkungsabhängigen Signale in Fig. 4 unterscheiden sich nicht durch das Vorzeichen, daher ist dem Hebel 44 ein Paar Mikroschalter (nicht gezeigt) zugeordnet, welche das Vorzeichen des Signals P vorgeben. Dies ist durch die Signale S1 und S2 in Fig. 5 bzw. Fig. 6 angedeutet. Ein Drehzahlsollwertgeber 44 errechnet aus den Signalen P, S1 und S2 einen Drehzahlsollwert n_Soll, wobei der Absolutwert von P den Absolutwert von n_Soll bestimmt und die Signale S1 bzw. S2 das entsprechende Vorzeichen. Falls vom Geber 42 ein Signal erhalten wird, wird der Drehzahlsollwert entsprechend modifiziert, um eine konstante Senkgeschwindigkeit beizubehalten. (Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen). Ein mit der Gleichstrommaschine 10 verbundener Drehzahlsensor 46a liefert einen Drehzahlistwert n_Ist auf einen Sollistwertvergleich 48, und die Regelabweichung wird auf einen Drehzahlregler 50 gegeben. Er bildet einen Sollwert für den Ankerstrom I_ASoll, der in einem Sollistwertvergleich 52 mit dem Ankerstromistwert I_AIst verglichen wird. Die Regelabweichung gelangt auf einen Ankerstromregler 56 und von dort auf einen mit 58 angedeuteten Stellwertgeber.

[0029] In einer Wertetabelle 60 sind Beziehungen zwischen Drehzahl und Ankerstrom gespeichert. In einer entsprechenden Rechenstufe 62 wird aus den Daten der Tabelle 60 der Sollwert für die Feldwicklung I_FSoll errechnet. Wesentlich ist dabei, daß zur Berechnung der Ankerstromsollwert I_ASoll herangezogen wird. Der Sollwert I_FSoll wird in einem Istsollwert-Vergleich 64 mit dem Felstromistwert verglichen, wobei die Regelabweichung auf einen Feldstromregler 66 gegeben wird, der ein entsprechendes Stellsignal im Stellwertgeber 68 erzeugt. Die Regler 56, 66 sind als digitale Regler ausgebildet und erzeugen über nachgeschaltete Leistungsteile 58, 68 pulsweitenmodulierte Spannungen, über die die vorgegebenen Stromwerte I_ASoll und I_FSoll eingeregelt werden. Dadurch, daß als Eingangsgröße zur Errechnung des Feldstromsollwerts I_FSoll neben dem Drehzahlistwert n_Ist der Ankerstromsollwert I_ASoll herangezogen wird, kann auch in einem Betriebsbereich gearbeitet werden, in dem eine höhere Ankerspannung als die Batteriespannung U_Batt notwendig wäre, um mit optimalem Wirkungsgrad generatorisch zu senken, wie noch beschrieben wird.

[0030] Wie aus Fig. 3 hervorgeht, liegt der Anker der fremderregten Gleichstrommaschine 10 über eine aus den Mosfets T1 und T2 bestehende Halbbrücke 50 an einer Batterie 52. Dioden 54, 56 liegen antiparallel zu den Mosfets T1 und T2. Die Feldwicklung 58 liegt im Diagonalzweig der Brückenschaltung 60 an den Klemmen der Batterie 52, wobei die Brückenschaltung aus den Mosfets T3 bis T6 besteht, zu denen Dioden 62 bis 68 antiparallel liegen.

[0031] Die Mosfets T1 und T2 werden zyklisch angesteuert, d.h. Mosfet T1 ist ausgeschaltet, wenn T2 eingeschaltet ist und umgekehrt. Die Größe des Stromflusses ergibt sich somit aus dem Tastverhältnis der Impulse für die Mosfets T1 und T2. Gleiches gilt für die Mosfets T3 bis T6, die über Kreuz geöffnet bzw. geschlossen werden. Mosfet T1 arbeitet im motorischen Hubbetrieb als sogenannter Tiefsetzsteller und Mosfet T2 im generatorischen Senkbetrieb als Hochsetzsteller.

[0032] Wird der Hebel 44 aus der Ruhelage in Richtung Senken so weit ausgelenkt, daß die Anforderung der Senkfunktion über das Signal S2 erzeugt wird, andererseits das Signal P noch einen Drehzahlsollwert von n_Soll = 0 meldet, bewirkt das Signal S2 ein Öffnen des Lasthalteventils 14, wodurch Hydraulikvolumen durch das Hydraulikaggregat 12 strömt und die Gleichstrommaschine 10 antreibt. Durch die auf diese Weise auftretende ständige Regelabweichung wird ein I_ASoll auf den Sollistwertvergleich 52 gegeben, und der Ankerstromregler 56 sorgt dafür, daß der Anker über Mosfet T2 kurzgeschlossen ist. Außerdem wird die Feldwicklung 58 mit maximalem Feldstrom versorgt. Der sich nun einstellende Drehzahlwert ist so klein, daß die sich einstellende kleinstmögliche Senkgeschwindigkeit ausreicht, um ein feinfühliges Fahren des Hubzylinders 18 zu gewährleisten.

[0033] In diesem Betriebspunkt der Gleichstrommaschine 10 wird indessen keine Energie in die Batterie 52 zurückgespeist.

[0034] Wird indessen durch eine weitere Auslenkung des Ventilhebels ein Drehzahlsollwert n_Soll > 0 eingestellt, nimmt der Regler 56 die Pulsweite des Mosfets T2 von der 100%igen Ansteuerung zurück, bis sich die gewünschte Drehzahl n_Soll einstellt. Der Mosfet T2 arbeitet nun bei jeder Pulsweite < 100% im Hochsetzstellerbetrieb, und es wird Energie in die Batterie 52 zurückgespeist.

[0035] In Fig. 8 erzeugt ein Drehzahlsollwertgeber 44a aus den Signalen P, S1 und S2 einen Läuferfrequenzsollwert f_2soll für eine Drehstromasynchronmaschine 10a, die anstelle der fremderregten Gleichstrommaschine nach Fig. 1 in die dort gezeigte Schaltung eingesetzt werden kann. Das in den Sollwertgeber 44a eingespeiste Signal P entspricht dem Ausmaß der Auslenkung z.B. des Handhebels nach Fig. 7. Das Vorzeichen des Signals wird durch Mikroschalter (nicht gezeigt) angegeben, die dem Handhebel 44 zugeordnet sind. Das Vorzeichen wird mithin durch die Signale S1 und S2 bestimmt. Ein mit der Maschine 10a verbundener Drehzahlsensor 46a liefert einen Drehzahlistwert n_ist, der auf eine Rechenstufe 84 gegeben wird, die entsprechend der Polpaarzahl p der Maschine 10a den Istwert f_2ist der Läuferfrequenz errechnet. Der Frequenzistwert wird auf den Sollistwertvergleich 48a gegeben, und die Regeldifferenz gelangt auf einen Drehzahlregler 70.

[0036] Der Drehzahlregler 70 erzeugt einen Sollwert für den Wirkanteil i_qsoll des komplexen Stromraumzeigers i. Der Wirkanteil i_qsoll ist proportional zum Drehmoment der Asynchronmaschine 10a. Der Wert i_dsoll ist der Sollwert des Blindanteils des Stromraumzeigers i, der dem Magnetisierungsstrom der Asynchronmaschine proportional ist. Aus dem Sollwert des Wirkanteils i_qsoll des Stromraumzeigers i wird der Sollwert für die Schlupffrequenz f_ssoll bei 86 ermittelt. In 86 kann eine Tabelle abgelegt sein, welche die Beziehung herstellt zwischen dem Wirkstrom und der Schlupffrequenz. Es ist auch denkbar, in 86 ein Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine abzulegen und mit dessen Hilfe relativ genau die jeweilige Schlupffrequenz zu ermitteln.

[0037] Die ermittelte Schlupffrequenz f_ssoll wird bei 85 dem Läuferfrequenzistwert f_2ist hinzuaddiert. Daraus ergibt sich der Ständerfrequenzsollwert f_1soll, der einer Drehtransformation 74 zugeführt wird. Der sich aus i_qsoll, i_dsoll und f_1soll ergebende Stromraumzeiger i wird auf die Stranggrößen transformiert, und es ergeben sich die Sollwerte für die Strangströme i_usoll und i_vsoll. Die jeweiligen Regeldifferenzen, die sich durch Subtraktion der jeweiligen Stromistwerte i_uist und i_vist an den Additionsstellen 75 und 77 ergeben, werden auf die Stromregler 76 und 78 gegeben, die die Stellgrößen für die Strangspannungen U_usoll und U_vsoll ausgeben. Der Sollwert der dritten Strangspannung U_wsoll kann aus der Bedingung, daß die Summe aller drei Spannungen zu Null ergeben muß, an der Additionsstelle 79 errechnet werden.

[0038] Die drei Spannungsstellwerte werden nun in Pulsweitenmodulationssignale umgesetzt im Block 82, welche einen Leistungsteil 81 so ansteuern, daß sich die gewünschten Stromwerte in der Asynchronmaschine 10a ergeben.

[0039] Einzelheiten des Leistungsteils 81 gehen aus dem Blockschaltbild nach Fig. 9 hervor.

[0040] In Fig. 9 ist zu erkennen, daß jeweils ein Strang der Asynchronmaschine 10a an einem Verbindungspunkt eines Paars von in Serie geschalteten und an Batteriespannung U_Batt liegenden Mosfets liegt, die mit T1 bis T6 bezeichnet sind. Die Transistoren T1 bis T6 werden mit einer sinusbewerteten Pulsweite betrieben und paarweise antizyklisch angesteuert. Die Ansteuerung der drei Transistorpaare ist so gestaltet, daß die sinusbewerteten Pulsbreiten, mit denen die Transistorpaare gesteuert werden, in der Frequenz der Sinusbewertung um je 120° phasenverschoben auf die Transistorpaare gegeben werden. Bei dieser Ansteuerung wird in der Asynchronmaschine 10a ein umlaufendes Drehfeld erzeugt, das frequenz- und spannungs-variabel ist.

[0041] Aus dem Vergleich der Frequenzen f_ssoll und f_2ist ergibt sich aus dem Vorzeichen der Sollfrequenz f_ssoll, ob die Asynchronmaschine 10a im Motor- oder Generatorbetrieb arbeitet. Mithin erfolgt automatisch ohne weitere Vorkehrungen eine Rückspeisung in die Batterie nach Fig. 9, wenn die Asynchronmaschine 10a generatorisch betrieben wird.

[0042] Wird der Hebel 44 in Fig. 7 aus der Ruhelage in Richtung Senken so weit ausgelenkt, daß die Anforderung der Senkfunktion über das Signal S₂ erzeugt wird, andererseits das Signal P noch einen Läuferfrequenzsollwert f₂ = Null meldet, bewirkt das Signal S₂ ein Öffnen des Lasthalteventils 14 (Fig. 1), wodurch Hydraulikmedium durch das Hydraulikaggregat strömt und dieses die Asynchronmaschine 10a antreibt. Der Regler regelt nun auf die untere Regelgrenze, die kleinste mögliche Ständerfeldfrequenz, die ungefähr bei 0,2 Hz liegt, ein. Durch den Schlupf in der Asynchronmaschine 10a ergibt sich eine ständige Regelabweichung. Der sich einstellende Drehzahlwert ist so klein, daß die sich einstellende kleinstmögliche Senkgeschwindigkeit ausreicht, um ein feinfühliges Fahren des Hubzylinders 18 (Fig. 1) zu gewährleisten.

Ansprüche

1. Hydraulische Hubvorrichtung für batteriegetriebene Flurförderzeuge, mit mindestens einem hydraulischen Hubzylinder (18), mit einem im Lasthebebetrieb als Pumpe arbeitenden, den Hubzylinder (18) mit Druckmittel beschickenden und im Lastsenkbetrieb als Motor arbeitenden, von dem vom Hubzylinder (18) verdrängten Druckmittel angetriebenen Hydraulikaggregat (12), einer mit dem Hydraulikaggregat (12) gekuppelten, im Lasthebebetrieb als Elektromotor und im Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden Gleichstrommaschine (10), einer im Lastsenkbetrieb von der Gleichstrommaschine (10) gespeisten Nutzbremsschaltung, einer ein Lasthalteventil (14) enthaltenden Ventilanordnung im Druckmittelweg zwischen dem Hubzylinder (18) und dem Hydraulikaggregat (12), einer die Ventilanordnung steuernden, einen Richtungsgeber enthaltenden Steuervorrichtung, die eine die Drehzahl der Gleichstrommaschine (10) beeinflussenden Drehzahlregeleinrichtung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung ausschließlich ein einziges in geöffneter Stellung ohne Drosselverluste arbeitendes Lasthalteventil (14) aufweist, die Gleichstrommaschine (10) fremderregt ist und eine separate Feldstromregeleinrichtung (66, 68) aufweist mit einem Sollwertgeber (62), der aus vorgegebenen Beziehungen von Drehzahl (n_Ist) und Ankerstrom (I_ASoll) in Abhängigkeit von der Steuervorrichtung den Sollwert für den Feldstrom (I_FSoll) ermittelt, wobei der Feldwicklung (58a) und dem Anker von der Regeleinrichtung steuerbare Leistungsschalter (Mos-Fets T1 bis T6) zugeordnet sind, deren Anordnung und Ansteuerung die Größe und die Richtung des Stroms durch Anker und Feldwicklung vorgeben, und daß die Drehzahlregeleinrichtung im Hub-und Senkbetrieb über den gesamten Arbeitsbereich die Lasthaltung übernimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß der Drehzahlsollwertgeber für die Drehzahlregeleinrichtung ein Potentiometer (46) ist, dessen Stellglied (44) Richtungssignale (S1, S2) erzeugende Mikroschalter zugeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldstromsollwertgeber (62) den Sollwert für den Feldstrom (I_FSoll) aus dem Ankerstromsollwert (I_ASoll) und der Istdrehzahl n_Ist ermittelt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker über eine Halbbrücke (50) aus Mosfets (T1, T2) an die Batterie (52) angeschlossen ist, wobei den Mosfets (T1, T2) Dioden (54, 56) antiparallel geschaltet sind und die Mosfets (T1, T2) zyklisch angesteuert werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung (58) im Diagonalzweig einer aus vier Mosfets (T3 bis T6) bestehenden Brückenschaltung geschaltet ist, wobei den Mosfets (T3 bis T6) Dioden (62 bis 68) antiparallel liegen und paarweise zyklisch angesteuert werden.

6. Hydraulische Hubvorrichtung für batteriegetriebene Flurförderzeuge, mit mindestens einem hydraulischen Hubzylinder, mit einem im Lasthebebetrieb als Pumpe arbeitenden, den Hubzylinder mit Druckmittel beschickenden und im Lastsenkbetrieb als Motor arbeitenden, von dem vom Hubzylinder verdrängten Druckmittel angetriebenen Hydraulikaggregat, einer mit dem Hydraulikaggregat gekuppelten, im Lasthebebetrieb als Motor und im Lastsenkbetrieb als Generator arbeitenden elektrischen Maschine, einer im Lastsenkbetrieb von der Maschine gespeisten Nutzbremsschaltung, einer Ventilanordnung im Druckmittelweg zwischen dem Hubzylinder und dem Hydraulikaggregat, einer die Ventilanordnung steuernden Steuervorrichtung mit Richtungsgeber (44) für Heben und Senken, die eine die Drehzahl der Maschine beeinflussende Drehzahlregeleinrichtung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung ausschließlich als einziges in geöffneter Stellung ohne Drosselverluste arbeitendes Lasthalteventil ausgebildet ist, die Maschine (10) eine über einen Frequenzumrichter betriebene Drehstromasynchronmaschine (10a) mit einer Drehzahlregeleinrichtung zur Regelung der Ständerfrequenz in Abhängigkeit von der aus dem Drehzahlistwert und dem vorgegebenen Drehzahlsollwert ermittelten Regelabweichung aufweist und daß die Drehzahlregeleinrichtung im Hub- und Senkbetrieb über den gesamten Arbeitsbereich die Lasthaltung übernimmt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, für einen Hubmast, mit mindestens einem verfahrbaren Mastteil, dessen Lastaufnahmemittel am verfahrbaren Mastteil höhenverstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (42) am Hubmast vorgesehen ist, der feststellt, ob ein Senkvorgang des verfahrbaren Mastteils (Masthub) oder des Lastaufnahmemittels (Freihub) erfolgt und dessen Signale auf den Drehzahlsollwertgeber (44) gegeben wird zur Modifizierung des Drehzahlsollwertsignals (n_Soll).

Claims

1. A hydraulic lift device for battery-propelled ground conveyor vehicles, comprising at least a hydraulic ram (18), a hydraulic machine (12) operating as a pump in a load raising cycle by delivering pressurized fluid to said ram (18) and operating as a motor in the load lowering cycle in driving the hydraulic machine (12) by pressurized fluid displaced from said ram (18), a DC machine (10) coupled to the hydraulic machine operating as an electric-motor in the load raising cycle and as a generator in the load lowering cycle, an energy recovering circuitry which is fed by the DC machine (10) in the load lowering cycle, a valve means comprising a load holding valve and disposed in the fluid pass between said hydraulic ram (18) and said hydraulic machine (12), a control means actuating said valve means and comprising directional setting means and a speed control means acting on said DC machine (10) for setting the speed, characterized in that the valve means comprises exclusively a single load holding valve (14) working without choke losses in the open position, that the DC machine (10) is of the separately excited type comprising a separate field current control means (66, 68) having a desired value setting means (62) determining a desired field current (I_Fsoll) from the predetermined relations between the speed (n_Ist) and the armature current (I_Asoll) depending on said control means, that power switches (Mosfets T1 through T6) are associated to the field winding (58a) and the armature which power switches are actuated by said control means, said power switches being arranged and controlled such that the intensity and the direction of the current through the armature and field winding are defined and that the speed control means controls the load holding for the lowering and raising cycle during the whole work range.

2. The device of claim 1, characterized in that the desired speed value setting means for the speed control means is a potentiometer (46) comprising an adjusting member (44) and that micro switches generating directional signals (S1, S2) are associated to said adjusting member (49).

3. The device of claim 1 or 2, characterized in that the desired field current value setting means (62) calculates the desired value for the field current (I_Fsoll) from the desired value of the armature current (I_Asoll) and the actual speed (n_Ist).

4. The device of one of the claims 1 to 3, characterized in that the armature is connected to the battery (52) through a half-bridge (50) including Mosfets (T1, T2) to which diodes (54, 56) are connected antiparallel which Mosfets (T1, T2) are cyclically controlled.

5. The device of one of the claims 1 to 4, characterized in that the field winding (58) is connected in the crossing branch of a bridge circuit comprising four Mosfets (T3 through T6) to which diodes (62 through 68) are connected antiparallel and which are cyclically controlled.

6. A hydraulic lift device for battery-propelled ground conveyor vehicles comprising at least a hydraulic ram, a hydraulic machine operating as a pump in a load raising cycle by delivering pressurized fluid to said ram and operating as a motor in the load lowering cycle in driving the hydraulic machine by pressurized fluid displaced from said ram, an electric-machine coupled to the hydraulic machine operating as a motor in the load raising cycle and as a generator in the load lowering cycle, an enery recovering circuitry which is fed by the machine in the load lowering cycle, a valve means disposed in the fluid pass between said hydraulic ram and said hydraulic machine, a control means actuating said valve means and having a directional setting means (44) for lifting and lowering and a speed control means acting on said machine for setting the speed, characterized in that the valve means is defined exclusively by a single load holding valve working without choke losses in the open position, that the machine (10) comprises a three-phase induction machine (10a) to be operated by a frequency converter and including a speed control means for controlling the stator frequency in response to an error signal determined by the actual speed value and a predetermined desired speed value and that the speed control means controls the load holding for raising and lowering during the whole work range.

7. The device of one of the claims 1 to 6 for a lifting mast comprising at least a movable mast portion and load carrying means which are adjustable in height with respect to the movable mast portion, characterized in that a sensor (42) is provided at the lift mast to determine whether a lowering cycle of the movable mast portion (mast lift) or the load carrying means (free lift) is performed and which signals are fed to the desired speed value setting means (44) for modifying the desired speed value signal (n_Soll).

Revendications

1. Mécanisme élévateur hydraulique pour des chariots de manutention à batterie avec au moins un vérin hydraulique de levage (18), avec un groupe hydraulique (12) fonctionnant en tant que pompe lors du levage de la charge, alimentant le vérin de levage (18) en fluide hydraulique et fonctionnant en tant que moteur lors de l'abaissement de la charge, ledit groupe hydraulique étant entraîné par le fluide hydraulique refoulé par le vérin de levage (18), avec une machine à courant continu (10), accouplée au groupe hydraulique (12) fonctionnant en tant que moteur électrique lors du levage de la charge et en tant que génératrice lors de l'abaissement de la charge, avec un dispositif de freinage à récupération alimenté par la machine à courant continu (10) lors de l'abaissement de la charge, avec un dispositif à vannes comprenant une vanne de maintien de la charge (14) situé dans le trajet du fluide hydraulique entre le vérin de levage (18) et le groupe hydraulique (12), avec un dispositif de commande commandant le dispositif à vannes, comportant un capteur de direction, et un dispositif de réglage de vitesse intervenant sur la vitesse de rotation de la machine à courant continu (10), caractérisé en ce que le dispositif à vannes ne présente qu'une seule vanne de maintien de la charge (14) sans pertes d'étranglement en position ouverte, en ce que la génératrice à courant continu (10) est à excitation séparée et présente un dispositif de réglage séparé du courant inducteur (66, 68) avec un générateur de valeur de consigne (62) qui détermine à partir de rapports prédéfinis entre la vitesse de rotation réelle (n_Ist) et le courant d'induit (I_ASoll) en fonction du dispositif de commande, affectant la valeur de consigne du courant inducteur (I_FSoll), le dispositif de réglage affectant à la bobine d'inducteur (58a) et à l'induit des interrupteurs de puissance pouvant être commandés (MosFets T1 à T6), dont la disposition et la commande définissent la valeur et la direction du courant passant par l'induit et la bobine d'inducteur, et en ce que le dispositif de réglage de la vitesse prend en charge le maintien de la charge sur la plage de travail entière pendant le fonctionnement de levage et d'abaissement de la charge.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de valeur de consigne de la vitesse de rotation pour le dispositif de réglage de la vitesse est un potentiomètre (46) dont l'élément de réglage (44) est pourvu de micro-interrupteurs engendrant des signaux de direction (S1, S2).

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le générateur de valeur de consigne de courant inducteur (62) détermine la valeur de consigne du courant inducteur (I_FSoll) à partir du courant d'induit (I_ASoll) et la vitesse de rotation réelle(n_Ist).

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'induit est connecté par un demi-pont (50) composé de Mosfets (T1, T2) à la batterie (52), des diodes (54, 56) étant connectées aux Mosfets (T1, T2) selon un montage antiparallèle, les Mosfets (T1, T2) étant commandés cycliquement.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bobine d'inducteur (58) est connectée dans la branche diagonale d'un pont composé de quatre Mosfets (T3 à T6), des diodes (62 à 68) étant connectées aux Mosfets (T3 à T6) selon un montage antiparallèle et les Mosfets étant commandés cycliquement.

6. Mécanisme élévateur hydraulique pour des chariots de manutention à batterie avec au moins un vérin de levage, avec un groupe hydraulique fonctionnant en tant que pompe lors du levage de la charge, alimentant le vérin de levage en fluide hydraulique et fonctionnant en tant que moteur lors de l'abaissement de la charge, ledit groupe hydraulique étant entraîné par le fluide hydraulique refoulé par le vérin de levage, avec une machine électrique, accouplée au groupe hydraulique, fonctionnant en tant que moteur lors du levage de la charge et en tant que génératrice lors de l'abaissement de la charge, avec un dispositif de freinage à récupération alimenté par la machine lors de l'abaissement de la charge, avec un dispositif à vannes situé dans le trajet du fluide hydraulique entre le vérin de levage et le groupe hydraulique, avec un dispositif de commande commandant le dispositif à vannes avec un capteur de direction (44) pour le levage et l'abaissement, qui comporte un dispositif de réglage de vitesse intervenant sur la vitesse de la machine, caractérisé en ce que le dispositif à vannes ne présente qu'une seule vanne de maintien de la charge sans pertes d'étranglement en position ouverte, en ce que la machine (10) présente une machine asynchrone à courant triphasé (10a) alimentée par l'intermédiaire d'un chargeur de fréquence, avec un dispositif de réglage de la vitesse pour le réglage de la fréquence du stator en fonction de l'écart du réglage déterminé à partir de la valeur réelle de la vitesse de rotation et la valeur de consigne de vitesse prédéfinie et en ce que le dispositif de réglage de la vitesse prend en charge, en fonctionnement de levage et d'abaissement, le maintien de la charge sur la plage de travail entière.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, pour un mât de levage, comprenant au moins une partie mobile du mât, dont le moyen de suspension de la charge est réglable en hauteur sur la partie mobile du mât, caractérisé en ce qu'un capteur (42) est prévu sur le mât de levage qui détecte si une opération d'abaissement de la partie mobile du mât (levage par mât) ou du moyen de suspension de la charge (levage libre) est réalisée et dont les signaux sont transférés sur le générateur de valeur de consigne de vitesse (44) pour modifier le signal de valeur de consigne de la vitesse (n_Soll).

Zeichnung